大气压氖气介质阻挡放电脉冲等离子射流特性

采用自行研制的低造价、小体积、可产生幅值0~35 kV、重复频率1 kHz的高压s脉冲电源,设计了一套以大气压氖气为工作气体的介质阻挡放电（DBD）等离子体射流源,通过测量并计算放电过程中的电压-电流波形、拍摄放电图像、光谱分析等手段,对电压幅值、气体流速对氖气等离子体射流特性的影响进行了研究。结果表明:s脉冲电源激励下大气压氖气DBD能产生锥状的等离子射流且其等离子强度适中;s脉冲电源电压幅值的快速上升,可在放电空间瞬间施加高的过电压,能有效促进放电功率、电子密度、电子激发温度和射流长度的增加;工作气体流速的增加使得放电功率、电子激发温度和电子密度减小,而射流长度变化很小;一定条件下,能形成长距离的射流。     

不同条件下大气压脉冲弥散放电特性

利用上升沿约0.5 s、半高宽约6 s、幅值可达40 kV的微秒脉冲电源和上升沿约150 ns、半高宽约300 ns、幅值可达50 kV的纳秒脉冲电源激励大气压弥散放电,并分别采用刀型和锯齿电极放电。通过电压电流测量和发光图像拍摄,改变施加电压种类、脉冲重复频率、高压电极结构和气隙距离等参数,研究了不同条件下弥散放电特性。实验结果表明:纳秒脉冲电源和微秒脉冲电源均能在大气压空气中激励大面积的弥散放电,弥散放电面积最大达90 cm2;放电的均匀性受脉冲参数与电极形状影响显著,其中刀型电极条件下纳秒脉冲激励的弥散放电均匀性最佳;相同条件下纳秒脉冲弥散放电的瞬时功率大于微秒脉冲弥散放电,最高可达275 kW,而纳秒脉冲弥散放电的能量小于微秒脉冲弥散放电;保持其他条件不变,弥散放电传导电流幅值随着气隙距离的增加而降低,放电强度随着脉冲重复频率的增加而增强,弥散放电的工作电压范围随着脉冲重复频率的增加显著降低。因此在低频、刀型电极结构中易于获得均匀与较大工作电压范围的大气压弥散放电。     

NaOH对苯胺气液两相介质阻挡放电特性的影响

研究气液两相介质阻挡放电(DBD)的特性,对于深入理解其放电机理、促进其在环保等工业领域中应用具有重要意义。通过电压电流波形和Lissajous图形等电气特性诊断及发射光谱和发光图像等光学特性诊断,研究了液体成分对大气压气液两相DBD放电特性的影响。比较了苯胺和苯胺加NaOH溶液中气液两相DBD放电特性,利用实验结果计算得到放电功率和传输电荷,并结合放电理论对放电机制进行了分析。结果表明,苯胺加NaOH溶液中气液两相DBD,其放电特性与纯苯胺溶液有明显不同,相同电压下其放电电流约为纯苯胺溶液的两倍,其发光强度更强,放电功率和传输电荷更大,且在光谱特性图波长589nm处出现Na原子谱线,NaOH的加入增加了溶液的电导率,同时促进了气相放电强度,使得放电增强。     

电荷电压法测量DBD等离子体的放电参量

在DBD应用研究中，使用电荷电压法能够测量许多重要参量，如放电功率、放电间隙等效电容、电介质层等效电容、着火电压、放电间隙等效电压及放电间隙电场强度等．同时根据电荷电压图形随工作条件及状态变化的情况还可以诊断DBD等离子体的工作稳定性．文章对相关原理、模拟实验结果及实际应用效果进行了介绍．     

电泳式He-Sr+复合激光特性研究

设计制作了7mm内径和38cm有效激励长度的电泳式He-Sr⁺激光管,采用修饰Blumlein电路,通过纵向高重复率脉冲放电激励,实现了一价锶离子复合激光430.5nm和R-M跃迁激光1.03μm的同时振荡,其中复合激光占主要成分.测量分析了复合激光输出功率与工作参量(脉冲频率,充电电源电压和氦压)的关系曲线.获得了最大激光功率819mW和56mW/cm³功率密度的实验结果. 关键词： 锶离子激光 电泳 脉冲放电     

微秒脉冲大气压氦气等离子体射流阵列特性

为了深入研究等离子射流阵列的放电特性,利用上升沿1μs、脉宽2μs的微秒脉冲电源产生等离子体射流,通过电压电流波形的测量和发光图像的拍摄,研究了在针-环双电极结构下,不同电极位置以及不同重复脉冲频率下氦气等离子体射流阵列的放电特性。实验结果表明放电最初产生在阵列的两端,随着外加电压幅值的增加,中心管也会有射流产生,最终形成射流阵列。随地电极距管口距离的变远,放电电流和中心管的射流长度均呈现出先增大后减小的变化趋势(20mm处取得最大值),随着重复脉冲频率的增大,放电由不均匀的丝状放电向均匀放电转变,放电电流先减小而后保持不变。     

大气压下多脉冲均匀介质阻挡放电的研究

基于一维流体力学模型，数值计算研究了大气压下氦气中多脉冲均匀介质阻挡放电的形成原因和性质，分析讨论了所加电压频率、幅值及介质板性质等对多脉冲均匀放电的影响. 模拟结果显示，当放电间隙较小时，由于介质表面积累电荷增加，感应电场增强，在外加电压的每半个周期内，可以形成多个放电脉冲，这些脉冲相应于等时间间隔的分立击穿. 放电间隙越窄，半个周期内形成的脉冲数目越多. 所加电压频率和幅值的变化不仅影响脉冲的幅度，同时也使放电脉冲的数目发生变化，而介质层厚度及介电常数的变化对放电脉冲数目没有明显的影响. 关键词： 大气压均匀放电 介质阻挡放电 数值模拟 等离子体     

电泳式He-Sr+复合激光特性研究

设计制作了7mm内径和38cm有效激励长度的电泳式He-Sr⁺激光管,采用修饰Blumlein电路，通过纵向高重复率脉冲放电激励,实现了一价锶离子复合激光430.5nm和R-M跃迁激光1.03μm的同时振荡，其中复合激光占主要成分.测量分析了复合激光输出功率与工作参量(脉冲频率，充电电源电压和氦压)的关系曲线.获得了最大激光功率819mW和56mW/cm³功率密度的实验结果.     

低气压氙气介质阻挡放电的一维仿真研究

通过建立一个自洽耦合的一维流体模型来描述低气压氙气介质阻挡放电(DBD),并采用有限元法对模型进行数值仿真研究,得到了不同外加电压幅值和频率下的气体间隙压降、放电电流、介质表面电荷随时间的变化关系以及电子、离子、中性粒子和空间电场的时域分布.仿真结果表明:介质表面电荷对放电的点燃与熄灭起着关键的作用;在一个放电周期内,根据气体间隙压降的变化情况,介质表面电荷可按六个阶段进行分析;随着外施电压幅值的增加,间隙击穿逐渐提前至外施电压过零点之前发生,放电更为剧烈;随着外施电压频率的提高,气体间隙压降减小,间隙容易击穿,放电也更加均匀.粒子及空间电场的时域分布表明氙气DBD为典型的辉光放电.     

电泳式He-Sr+复合激光特性研究

设计制作了7 mm内径和38 cm有效激励长度的电泳式He-Sr 激光管,采用修饰Blumlein电路,通过纵向高重复率脉冲放电激励,实现了一价锶离子复合激光430.5 nm和R-M跃迁激光1.03μm的同时振荡,其中复合激光占主要成分.测量分析了复合激光输出功率与工作参量(脉冲频率,充电电源电压和氦压)的关系曲线.获得了最大激光功率819mW和56mW/cm3功率密度的实验结果.     

同轴介质阻挡放电发生器介质层等效电容和负载特性研究

大气压介质阻挡放电(DBD)可以在常压下产生非平衡等离子体,已经成为热点研究领域.通过脉冲或交变电源激发放电,研究电源输出特性、电源与放电发生器负载间的匹配和外界条件对放电的影响对于理解放电现象和提高放电效率具有重要意义.本文采用Lissajous图形法,分别研究了驱动电压、气流速率等因素影响同轴DBD发生器介质层等效电容及负载幅频特性的规律.结果表明,气流速率和驱动电压等外界条件影响DBD发生器的负载特性:介质层等效电容随气流速率增大而减小,随驱动电压增大而增大;幅频特性曲线均表现出RLC回路谐振现象,谐振频率随气流速率增大而增大,随驱动电压增大而减小.通过对比发现,介质层等效电容随频率的变化曲线与幅频特性曲线具有一致的特征,介质层等效电容是影响电路谐振频率动态变化的主要因素.提出了一种有关介质层等效电容的形成机制.     

纳秒脉冲表面介质阻挡放电特性实验研究

在常规大气环境条件下,基于单极性纳秒脉冲电源对表面介质阻挡放电特性进行了实验研究。结果表明:纳秒脉冲表面介质阻挡放电的本质是丝状放电,放电集中在电压脉冲的上升沿;激励电压和脉冲重复频率越大,放电越强烈,越接近均匀放电,但电压的作用更侧重于均匀性,而频率的作用则侧重于放电的强度;电极间隙的优化可以使表面介质阻挡放电特性最好;玻璃作为阻挡介质时容易发生沿面闪络。     

电容耦合分区放电等离子体的研究

介绍了一种新的大气压下空气中等离子体产生方法─── 电容耦合分区放电。该方法综合了电晕放电和介质阻挡放电的优点,在大气压下可以生成大规模、高密度、均匀稳定的非平衡等离子体。其放电功率可达常规介质阻挡放电100倍以上,且可根据需要灵活调整。     

米量级常压等离子体改性装置及其在纺织材料改性中的应用

介绍了自制的1m尺度介质阻挡电连续表面改性处理装置。论述了米量级常压介质阻挡放电的物理特性,探讨了介质阻挡放电的电压、功率、频率等电学参量之间的关系。给出了使用此装置连续对涤纶(PET)织物、熔喷PBT非织造布和羊毛织物三种纺织材料进行改性实验结果,得到了相应的扫描电子显微镜(SEM)图片,分析了材料表面改性的原因。     

等离子体处理的聚丙烯和聚乙烯的粘合体

采用射频辉光放电等离子体和介质阻挡放电等离子体对聚丙烯（PP）和聚乙烯（PE）进行处理后,使用聚氨酯进行粘接,并测试了混合粘合体的剪切强度。介质阻挡放电功率是100 W时,等离子体处理对混合粘合体的剪切强度无影响。介质阻挡放电的功率为200 W、处理时间20 s时,等离子体处理效果最佳,剪切强度为1.58 MPa,是未处理的混合粘合体的14.36倍。介质阻挡放电的功率是300 W时,样品在10 s内就被击穿。射频辉光放电等离子体中,使用空气处理后最大剪切强度为1.60 MPa（100 W,3 min）,使用氮气处理后的最大剪切强度为1.57 MPa（200 W,3 min）。通过扫描电镜（SEM）对等离子体处理前后的PP表面形貌观察,发现未处理样品的表面比较平滑,而经等离子体放电处理后的样品表面变得疏松,出现了大量泡状物质,表面粗糙程度提高。     

常压窄间隙介质阻挡放电等离子体辐射特性

利用带有透明电极与可测向观察的一个介质阻挡放电(DBD)实验装置对它的常压窄间隙等离子体辐射特性进行了实验研究。结果表明：这一DBD装置的辐射特性会受激励电压、激励频率、DBD结构等多种因素影响。在频率为10～20kHz高压电源激励下，采用窄间隙、薄电介质层结构DBD可以大幅度提高放电空间的电场强度，增加放电功率密度，提高了放电装置性能。     

On the Role of Capacitance Determination Accuracy for the Electrical Characterization of Pulsed Driven Dielectric Barrier Discharges

A dielectric barrier discharge (DBD) of coaxial geometry has been investigated. The discharge cell was filled by 100 mbar of argon and driven by positive square voltage pulses with a rise time of 20 ns and 75 ns. The internal discharge characteristics such as the discharge current, the gas gap voltage, the instantaneous power and energy have been determined from measured current and voltage waveforms. The peculiarities of the experimental evaluation of the discharge parameters are discussed in detail. Special attention is paid to the accurate experimental determination of the key capacitance values of the DBD, namely the capacitance of the reactor cell C_cell and the capacitance of the dielectric barriers C_d. The influence of the capacitance value accuracy on precision of electrical characterization is demonstrated and it is shown that a small uncertainty in the C_d value leads to large errors in the evaluation of the gas gap voltage. Nevertheless, the obtained accuracy of the capacitance values allows the reliable comparison of the electrical DBD parameters. These are sensitive to the mode of discharge excitation. The shortening of the voltage rise time leads to the increase of the total and instantaneous energy as well as the peak power dissipated into the discharge. (© 2013 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

Coaxial rf atmospheric pressure dielectric barrier air-helium plasma characteristics

The electrical and optical characteristics of a coaxial rf atmospheric pressure dielectric barrier discharge (DBD) with one electrode covered with glass and with helium in air were investigated. Optical measurements with an intensified charge coupled device (ICCD) camera combined with the voltage and power vs. current data provided identification of the α to γ mode transitions. The coaxial design allowed operation with very low power density plasmas (0.18 W/cm³) and a much larger plasma size (13 mm) than the parallel plate designs.     

Influence of Gap Spacing between Dielectric Barriers in Atmospheric Pressure Discharges

The breakdown activity in helium atmospheric pressure dielectric barrier discharge (DBD) plasma is strongly modified by introducing small impurities (nitrogen (N₂) and air in ppm), although its precise implications for the behavior of discharge plasma is not evident under several constraints. In this simulation study, we investigate the influence of gap spacing between the dielectric barriers to explore the dynamic modification in the structure of discharge plasma in distinct phases of the discharge current pulse using a two‐dimensional fluid model in He‐air gas mixture. Specifically, the impact of nitrogen and air impurities is contrasted by exploring the spatial distributions of electrons in the breakdown phase under similar operating conditions. The filamentary mode of DBD plasma in He‐N₂ is transformed into uniform glow discharge in He‐air gas mixture by the dominant effect of Penning ionization. Finally, the outcomes of two‐dimensional fluid model are validated by comparing with three‐dimensional fluid model to provide the reliability of numerical simulations. (© 2015 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)